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Cdc20在小鼠精子发生过程中的功能研究

王帅  
【摘要】:小鼠睾丸中的精子发生是一个复杂的细胞分裂分化过程,睾丸生精小管中的生精细胞先后经历三个阶段的变化:精原细胞的增殖,精母细胞的减数分裂和精子细胞的变形过程,最终产生成熟的精子。其中精原细胞的增殖过程涉及的有丝分裂,精母细胞到圆形精子细胞的过程有减数分裂的作用,而不论是有丝分裂还是减数分裂过程,其中染色体的正确分离都对保持子代细胞基因组信息的完整性和细胞中代谢正常进行都具有重要的意义。 本实验研究细胞周期因子Cdc20在小鼠睾丸精子发生过程中的作用。前面的研究已经证明小鼠的Cdc20蛋白主要表达于粗线期的精母细胞,但是在刚刚完成减数分裂的精母细胞、圆形精子细胞及细胞核发生凝集的精子细胞中也能检测到它的表达,但是长形精子细胞中未检测到Cdc20蛋白。现在,通过构建两种Cdc20基因工程小鼠:一种为Cdc20敲除(Cdc20+/-),另一种为Cdc20上Mad2作用位点突变(Cdc20+/AAA),并运用睾丸苏木素伊红染色(HE)、免疫组织化学(IHC)及TUNEL细胞凋亡检测等组织学分析方法来研究Cdc20在小鼠精子发生过程中的作用。分析结果显示:Cdc20AAA/AAA基因型的小鼠发生胚胎致死,胚胎发育阻滞在E12.5及以前;Cdc20+/AAA基因型的小鼠与对照组小鼠相比精子发生并没有差异:睾丸中出现各级生精细胞,附睾中像对照组一样,都具有成熟的精子,小鼠能够正常生育;Cdc20-/-基因型的小鼠也发生胚胎致死,胚胎发育被阻滞在E7.5及以前;Cdc20+/-基因型的小鼠与对照组小鼠相比精子发生并没有差异。进一步使Cdc20+/AAA基因型小鼠与Cdc20+/-基因型小鼠交配得到了Cdc20+/AAA/基因型的小鼠,对此种小鼠的分析显示:该小鼠与对照组相比在其附睾中完全没有成熟的精子。所以我们针对此种基因型的小鼠,对Cdc20对精子发生的影响进行了具体的分析,结果如下:在7天时,Cdc20AAA/-基因型小鼠与对照组相比,精原细胞的增殖正常;在14天时,Cdc20AAAA/基因型小鼠与对照组都具有减数分裂前的精母细胞的产生;在21天时,Cdc20AAA/基因型小鼠与对照组相比,虽然也具有减数分裂后的圆形精子细胞,但是数量明显减少;在28天时,Cdc20AAA/基因型小鼠与对照组相比,没有长形精子细胞产生;在35天时,Cdc20AAA/基因型小鼠所有生精小管中均无成熟精子出现,而对照组小鼠的睾丸及附睾中精子发生的全过程都正常。这初步说明Cdc20AAA/基因型小鼠精子发生的失败可能是由于精母细胞的减数分裂过程的异常导致的。 以前的研究说明Cdc20表达的异常往往导致染色体不能进行准确的分离,进而会导致非整倍体细胞的出现,引起凋亡的增加,我们接下来对Cdc20AAA/-基因型小鼠减数分裂后细胞进行了TUNEL检测,结果显示:Cdc20AAA/基因型小鼠存在明显高于对照组的细胞凋亡。这就进一步证实了前面的结论。 综上,我们认为Cdc20AAA/基因型小鼠精子发生的失败是由于因Cdc20蛋白的异常作用导致的精母细胞减数分裂异常所引起的。


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